本發(fā)明屬于一種穴盤苗全自動(dòng)移苗機(jī)，特別是一種能完成不同規(guī)格蔬菜和花卉穴盤苗從高密度穴盤向低密度穴盤或容器的全自動(dòng)移栽的機(jī)器。

技術(shù)背景

移苗是蔬菜和花卉生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)之一，移苗具有對(duì)氣候的補(bǔ)償作用和使作物生育提早的綜合效益，可以充分利用光熱資源，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益均非?？捎^。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)蔬菜和花卉生產(chǎn)一直屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，由于穴盤苗手工播種、填土、移苗勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)效率低，勞動(dòng)成本占比高，難以實(shí)現(xiàn)大面積作業(yè)，制約了穴盤育苗移苗技術(shù)的發(fā)展。因此，工廠化育苗、移苗已成為我國(guó)蔬菜及花卉產(chǎn)業(yè)化亟待解決的問(wèn)題。隨著問(wèn)題的加深，各種育苗移苗裝備被研制出來(lái)，工廠化育苗技術(shù)在園林綠化及蔬菜、花卉培育中得到快速?gòu)V泛發(fā)展。為此，研制出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能齊全、價(jià)格便宜的穴盤苗移苗機(jī)在整個(gè)溫室花卉穴盤苗苗生產(chǎn)過(guò)程中非常重要。

穴盤苗移苗機(jī)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)始于上世紀(jì)80年代。1986年，B.K.Huang(Barney Kuoyen Huang)等人研制了用于辣椒移苗的空氣整根移苗機(jī)，該機(jī)由一個(gè)具有5個(gè)自由度機(jī)器手臂的機(jī)械手操作，并進(jìn)行了一系列相關(guān)機(jī)械系統(tǒng)的研究，利用氣吹原理將空氣整根的甜椒苗從苗盤中吹出，使苗落入移苗機(jī)的導(dǎo)孔中進(jìn)而植入田間。這種移苗機(jī)利用氣吹原理移苗易造成作物脆弱的苗莖損傷。

1987年，美國(guó)奧本大學(xué)KUTZ應(yīng)用CAD二維軟件研究設(shè)計(jì)了一種移苗機(jī)器人。在3.3min內(nèi)能完成36株幼苗的移植，移苗后幼苗成活率高達(dá)96％。美國(guó)伊利諾伊大學(xué)教授K.C Ting教授開(kāi)發(fā)了一種氣壓針式取苗機(jī)構(gòu)。幼苗從育苗盤移植到穴苗盤時(shí)，單株苗移苗的時(shí)間為2.6～3.25s。1995年，日本的PT6000型移苗機(jī)器人是第1臺(tái)能夠識(shí)別有無(wú)缺苗的移苗機(jī)器人，智能化程度在當(dāng)時(shí)已經(jīng)相當(dāng)高。

2002年，韓國(guó)Choi等人開(kāi)發(fā)了一種新的用于蔬菜移苗的取苗裝置。該取苗裝置是由夾取指針、軌跡發(fā)生器和指針驅(qū)動(dòng)器組成。該裝置用23天的番茄苗做試驗(yàn)，該裝置1min能移苗30個(gè)番茄苗，移苗成功率高達(dá)97％。

澳大利亞Transplant Systems公司生產(chǎn)的XT616型移苗機(jī)是茶樹(shù)穴盤苗專用移苗機(jī)。采用PLC可編程控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置(步進(jìn)電機(jī)、氣缸)的控制；配有多種不同規(guī)格的機(jī)械手末端執(zhí)行器，以適應(yīng)不同規(guī)格的穴盤苗移苗，輸送平臺(tái)可折疊，充分節(jié)省空間及成本。該移苗機(jī)體積相對(duì)較小，可靠性和靈活性較高，適用于大型育苗生產(chǎn)線和中小育苗戶。

1.2國(guó)內(nèi)穴盤苗移苗設(shè)備的研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)穴盤苗自動(dòng)移苗機(jī)的研究主要集中在對(duì)溫室內(nèi)移苗的棚室移苗機(jī)械以及用于將穴盤苗植入花盆的自動(dòng)移苗機(jī)械手的研究，還未涉足到適合大田作業(yè)的、不需手工取苗投苗的穴盤苗全自動(dòng)移苗機(jī)械的研究，僅有少數(shù)農(nóng)業(yè)科研院校對(duì)穴盤苗移苗機(jī)進(jìn)行了探索性的研究。

1996年，吉林工業(yè)大學(xué)范云翔等研制出一種空氣整根氣吸式秧苗全自動(dòng)移苗機(jī)。該設(shè)備只適用于水稻秧苗，若用于移苗蔬菜和花卉等幼苗，則易使其莖稈秤斷。

2003年，中國(guó)臺(tái)灣呂英石等人研制了可調(diào)整式花卉穴盤苗假植機(jī)構(gòu)。。

2005年，中國(guó)農(nóng)大的孫剛對(duì)生菜自動(dòng)移苗機(jī)進(jìn)行了初步探索，設(shè)計(jì)了一種龍門式的移苗裝置。其用氣爪作為執(zhí)行部件，采用運(yùn)行μC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)的16位微控制器作為核心的控制系統(tǒng)。該自動(dòng)移苗機(jī)能按照編程的路徑和方式可以完成規(guī)定的移苗，但是還不能克服幼苗的柔韌性等問(wèn)題，氣爪抓取的精確率和成功率需要進(jìn)一步的提高。同時(shí)，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)強(qiáng)麗慧的浮板蔬菜生產(chǎn)自動(dòng)移苗裝置是移苗機(jī)構(gòu)中直接與苗接觸的部分。由它來(lái)具體執(zhí)行拔苗、栽苗作業(yè)。移苗裝置由移苗氣缸、移苗針、可調(diào)角度連接件和移苗針固定架等組成。拔苗時(shí)，移苗氣缸伸出，移苗針以30°扎入基質(zhì)中。之后，機(jī)械臂縮回，并向栽苗位置移動(dòng)。在此過(guò)程中，移苗裝置起到搬運(yùn)苗的作用。栽苗時(shí)，移苗氣缸縮回，移苗針隨之縮回， 苗栽入孔穴中。

2007年，沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)田素博等人設(shè)計(jì)了一種基于PLC的穴盤苗移苗機(jī)械手控制系統(tǒng)。其中，穴盤苗移苗機(jī)械手的工作過(guò)程：“定位-抓取-定位-投放”，能實(shí)現(xiàn)穴苗單線往復(fù)移苗。其由氣力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、夾持機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)及秧和花盆輸送裝置4個(gè)工作機(jī)構(gòu)協(xié)同配合實(shí)現(xiàn)這一系列連續(xù)動(dòng)作。其控制系統(tǒng)由PLC、行程開(kāi)關(guān)等組成。結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理，性能可靠。

2013年，韓綠化等通過(guò)對(duì)穴盤苗進(jìn)行夾苗拉拔試驗(yàn)、缽體摩擦試驗(yàn)、缽體平板壓縮抗壓試驗(yàn)，研究分析了與自動(dòng)移苗相關(guān)的穴盤苗力學(xué)特性，為機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。對(duì)穴盤苗自動(dòng)取苗進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)，得到兩針鉗夾式取苗末端執(zhí)行器自動(dòng)取苗的拉拔力與缽體抗壓強(qiáng)度、夾持角度、夾持面積、靜摩擦因數(shù)等參數(shù)的關(guān)系。利用建立的夾持參數(shù)關(guān)系，結(jié)合穴盤苗力學(xué)特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了一種適應(yīng)穴盤苗力學(xué)特性的自動(dòng)取苗末端執(zhí)行器。試制了物理樣機(jī)，進(jìn)行了自動(dòng)取苗夾持力測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，夾持力測(cè)試數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)無(wú)顯著性差別，驗(yàn)證了理論設(shè)計(jì)的可靠性。在所測(cè)試的含水率下，當(dāng)取苗頻率為30株/min時(shí)，取苗成功率達(dá)到95.16％。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的有益效果是提供一種全自動(dòng)的穴盤苗移苗機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，使用性能可靠，能方便進(jìn)行穴盤苗的移栽。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種全自動(dòng)穴盤苗移苗機(jī)，包括：放盆支架1、上部機(jī)架2、下部機(jī)架3、花盆輸送帶4、穴盤苗輸送帶5，所述放盆支架1安裝在上部支架2上；花盆輸送帶4和穴盤苗輸送帶5安裝到下部機(jī)架3上，還包括：移栽部分6、打坑部分7、下土部分8、抓盆部分9，其中抓盆部分9、下土部分8、打坑部分7和移栽部分6按照先后穴盤苗移栽順序安裝在上部機(jī)架2上。

所述移栽部分6包括：移栽手和移栽臂機(jī)械系統(tǒng)，所述移栽手包括：氣缸、移栽針、移栽針導(dǎo)向片、推苗器，所述推苗器固定連接在移栽針導(dǎo)向片上，移栽針連接在氣缸的下端兩側(cè)，移栽針導(dǎo)向片連接在氣缸活塞桿頂端，所述移栽針沿著移栽導(dǎo)向片運(yùn)動(dòng)；

所述移栽針為兩個(gè)；

所述移栽導(dǎo)向片上有兩個(gè)孔，所述移栽針穿過(guò)此孔；

所述移栽手?jǐn)?shù)量是3、5、6個(gè)；

所述移栽臂機(jī)械系統(tǒng)包括：水平傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、豎直傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、移栽手分合機(jī)構(gòu)，所述所述水平傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、豎直傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及移栽手分合機(jī)構(gòu)固定在移栽臂架上，所述水平傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)平橫梁上的步進(jìn)電機(jī)控制，豎直傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)安裝在移栽臂架一側(cè)的電機(jī)控制水平和豎直運(yùn)動(dòng)；

所述水平傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：水平同步帶傳動(dòng)及水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，所述水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌安裝在移栽臂架的水平橫梁的側(cè)面，同步帶安裝在移栽臂架的水平橫梁的上表面，同步帶與水平導(dǎo)軌上的第一個(gè)滑塊固連，從而實(shí)現(xiàn)移栽手水平方向的運(yùn)動(dòng)；

所述豎直傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：傳動(dòng)鏈及豎直運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，所述豎直運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌上的滑塊與移栽臂架的水平橫梁兩端連接，豎直傳動(dòng)鏈與移栽臂架的水平橫梁連接，從而實(shí)現(xiàn)移栽手豎直方向的運(yùn)動(dòng)；

所述移栽手分合機(jī)構(gòu)包括：步進(jìn)電機(jī)、氣缸和尼龍繩，所述尼龍繩等距離連接移栽手，所述氣缸安裝在最后一個(gè)移栽手的后方，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的推力及線繩的拉力以及相應(yīng)的行程開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)移栽手的分合。

所述打坑部分包括：固定板、打坑頭、打坑頭連接架、雙桿伸縮氣缸，所述打坑頭安裝在打坑頭連接架上，打坑頭連接架與雙桿氣缸固連，雙桿氣缸通過(guò)固定板連接在上部機(jī)架上；

所述固定板設(shè)有可調(diào)節(jié)高度的定位孔。

所述下土部分包括：料倉(cāng)、槽輪擋板、防漏土擋板、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和支撐架，所述料倉(cāng)固定在支撐架上，槽輪擋板之間是槽輪，防漏土擋板設(shè)置在槽輪和槽輪軸之間，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng) 槽輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，槽輪將土從下料口排出，實(shí)現(xiàn)花盆裝土。

所述抓盆部分包括：吸盤組、真空發(fā)生器、雙桿氣缸、軸承座和龍門架，所述吸盤組與真空發(fā)生器密封連接，真空發(fā)生器與雙桿氣缸的頂端固連，雙桿氣缸由連接板與旋轉(zhuǎn)軸固連，軸承座與龍門架連接，整個(gè)抓盆裝置安裝機(jī)架上；

所述抓盆部分還包括：旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定在龍門架上，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)的帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)氣缸和吸盤組的90°旋轉(zhuǎn)。

所述放盆支架包括：放盆板、直角支架、調(diào)節(jié)螺桿，所述放盆板活動(dòng)安裝在角度調(diào)節(jié)軸上，所述放盆板和角度調(diào)節(jié)軸安裝在直角支架上，由調(diào)節(jié)螺桿支撐放盆板進(jìn)行角度的調(diào)節(jié)；

所述直角支架設(shè)有長(zhǎng)孔可以進(jìn)行高度調(diào)節(jié)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是移栽部分的結(jié)構(gòu)示意圖

圖3是打坑部分結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是下土部分結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是抓盆部分結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是放盆架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是機(jī)械手指示意圖。

其中圖1中1，放盆支架 2，上部機(jī)架 3，下部機(jī)架 4，花盆輸送帶 5，穴盤苗輸送帶 6，移栽部分 7，打坑部分 8，下土部分 9，抓盆部分

圖2中1，側(cè)板 2，鏈輪電機(jī) 3，豎直導(dǎo)軌 4，上限位開(kāi)關(guān) 5，鏈條 6，豎直滑塊 7，鏈條與橫梁連接件 8，下限位開(kāi)關(guān) 9，左限位開(kāi)關(guān) 10，移栽手 11，水平滑塊 12，水平導(dǎo)軌 13，右限位開(kāi)關(guān) 14，同步帶 15，帶輪 16，固定螺栓 17，長(zhǎng)氣缸 18，移栽軸套 19，水平橫梁 20，尼龍線繩 21，移栽軸 22，鏈輪

圖3中1，連接塊 2，打坑頭 3，打坑頭連接架 4，雙桿伸縮氣缸

圖4中1，料倉(cāng) 2，槽輪擋板 3，支撐架 4，軸承座 5，槽輪軸 6，防漏土擋板 7，槽輪

圖5中1，龍門架 2，旋轉(zhuǎn)電機(jī) 3，吸盤組 4，旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸 5，直角連接片 6，真空發(fā)生器 7，雙桿伸縮氣缸 8，軸承座 9，旋轉(zhuǎn)電機(jī)安裝架

圖6中1，放盆板 2，調(diào)節(jié)螺桿 3，銷釘 4，直角支架

圖7中1，氣缸 2，緊固螺釘 3，移栽針 4，移栽針導(dǎo)向片 5，推苗器 6，夾緊螺母 7，連接螺母

具體實(shí)施方案

如圖1所示，本發(fā)明主要包括放盆支架1、上部機(jī)架2、下部機(jī)架3、花盆輸送帶4、穴盤苗輸送帶5，所述放盆支架1安裝在上部支架2上；花盆輸送帶4和穴盤苗輸送帶5安裝到下部機(jī)架3上，還包括：移栽部分6、打坑部分7、下土部分8、抓盆部分9，其中抓盆部分9、下土部分8、打坑部分7和移栽部分6按照先后穴盤苗移栽順序安裝在上部機(jī)架2上。

如圖2和圖7所示機(jī)械手移栽部分移栽手10安裝在水平導(dǎo)軌12上的水平滑塊11上，水平導(dǎo)軌12用螺釘固定在水平橫梁19的側(cè)面，水平橫梁19的上側(cè)安裝同步帶14以及帶輪15，該部分稱之為移栽臂；整個(gè)橫梁19固定在兩側(cè)的豎直滑塊6上，并且水平橫梁19兩端固連有連接件7，將整個(gè)水平橫梁19與兩端的鏈條5連接，兩個(gè)豎直導(dǎo)軌3安裝在兩側(cè)板1上；左側(cè)板上安裝有鏈輪電機(jī)2，右側(cè)板上安裝有移栽軸套18，移栽軸21安裝在兩個(gè)側(cè)板之間，左側(cè)連接電機(jī)軸，右側(cè)插入移栽軸套18內(nèi)；鏈輪電機(jī)2通過(guò)帶動(dòng)移栽軸21的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使固連在移栽軸上的鏈輪22帶動(dòng)鏈條5運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)移栽臂在上限位開(kāi)關(guān)4和下限位開(kāi)關(guān)8之間上下運(yùn)動(dòng)。在移栽臂的整個(gè)結(jié)構(gòu)中，左側(cè)的第一個(gè)移栽手與同步帶14，且六個(gè)移栽手通過(guò)尼龍線繩20連接，尼龍線繩20的右端與右側(cè)板1固連，移栽時(shí)同步帶14帶動(dòng)移栽手10在左限位開(kāi)關(guān)9和右限位開(kāi)關(guān)13之間實(shí)現(xiàn)左右方向的運(yùn)動(dòng)，并且通過(guò)長(zhǎng)氣缸17的伸縮可以 調(diào)整右限位開(kāi)關(guān)13的位置，從而實(shí)現(xiàn)右側(cè)(放置穴盤苗的一側(cè))抓苗時(shí)六個(gè)移栽手的不同工作位置。氣缸1的下端安裝連接螺母7，連接螺母?jìng)?cè)面與移栽針3的尾端用緊固螺釘2連接，氣缸活塞桿頂端用兩個(gè)螺母夾緊固連移栽針導(dǎo)向片4，兩根移栽針3在該導(dǎo)向片4的兩側(cè)的豁口內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)。推苗器焊接在導(dǎo)向片4上，用于將抓好花苗的推至花盆內(nèi)。

如圖3所示六個(gè)打坑頭2安裝在打坑頭連接架3上，打坑頭連接架3與雙桿伸縮氣缸4通過(guò)連接塊1固連，雙桿伸縮氣缸4通過(guò)固定板連接在機(jī)架上，并做長(zhǎng)孔使高度可調(diào)。通過(guò)雙桿氣缸的伸縮對(duì)裝好土的花盆進(jìn)行打坑作業(yè)。

如圖4所示槽輪7穿插在槽輪軸5上并固定，安裝在料倉(cāng)1的內(nèi)部，料倉(cāng)1由固定支撐架1固定在機(jī)架上，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)槽輪軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，六個(gè)槽輪7將土從料倉(cāng)的下料口排出。同時(shí)，為了防止漏土，六個(gè)槽輪7由兩個(gè)弧形的防漏土擋板6包??；為了保證下土的均勻性，槽輪之間由擋板2隔開(kāi)。

如圖5和圖6所示吸盤組3與真空發(fā)生器6密封連接，真空發(fā)生器6與雙桿伸縮氣缸7的頂端固連，雙桿伸縮氣缸7固連在旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸4上，軸承座8與龍門架1連接，整個(gè)抓盆裝置安裝機(jī)架上，通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)2的帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)氣缸7和吸盤組3的90°旋轉(zhuǎn)。抓盆之前還裝有放置花盆的支架，主要由放盆板、銷釘、直角支架、調(diào)節(jié)螺桿組成。具體實(shí)施方案為：放盆板1活動(dòng)安裝在銷釘3上，二者安裝在直角支架4上，由調(diào)節(jié)螺桿2支撐放盆板1進(jìn)行角度的調(diào)節(jié)。